青藏高原东南部巧家盆地第四纪沉积物物源及其对金沙江中下游水系重组的启示

《CATENA》：Quaternary sediment provenance in the Qiaojia Basin, southeastern Tibetan plateau, and its implications for drainage reorganisation in the middle and lower reaches of the Jinsha River

　　

•约0.76 Ma之前，金沙江乔家河段是一个独立的南向下行古水系。
•乔家河段的源汇系统调整与水系重组发生在约0.4 Ma。
•现代金沙江水系至约0.12 Ma时已基本形成。
•金沙江中下游水系通过异时、分步式的向东整合而发育。
•东南青藏高原沿带的构造活动驱动了10?–10?年时间尺度上的水系重组。

引言
大型河流是连接造山带、沉积盆地和陆缘海的主要沉积物输送系统。它们控制着大陆尺度的沉积物搬运和物质再分配，并强烈影响地貌格局、侵蚀和剥露（Brookfield, 1998）。河流下切和水系重组是对构造、气候和基准面变化的联合响应（Humphrey and Konrad, 2000; Clark et al., 2005; Ferrier et al., 2013; Lai et al., 2025）。在活跃的造山带及其边缘，构造抬升和断裂活动可促进河流下切、溯源侵蚀、分水岭迁移和河流抢夺（Hartshorn et al., 2002; Dortch et al., 2011; Li et al., 2023）。因此，流向变化、河道形态和沉积物输送路径的改变为构造-地貌耦合提供了重要证据（Willett et al., 2014）。类似的问题在安第斯山脉、喜马拉雅、阿尔卑斯和东亚的主要水系中已被广泛研究。在亚马逊地区，从向西或向北排水向现代向东入海的转变被归因于安第斯山脉的抬升和南美北部的地貌调整。这一重组显著改变了亚马逊盆地的沉积物输送和生物地理格局（Figueiredo et al., 2009; Hoorn et al., 2010; Albert et al., 2021）。在喜马拉雅地区，印度河、苏特莱杰河和雅鲁藏布江-布拉马普特拉河约束了构造抬升、物源转换和造山剥蚀反馈之间的关联（Clift and Blusztajn, 2005; Bracciali et al., 2015; Penserini et al., 2024）。综合来看，这些研究表明河流形成年龄和流向变化可约束造山抬升的时序、地貌响应以及源汇（S2S）重组。

印度板块与欧亚板块的持续碰撞驱动了青藏高原及其周边地区持续的抬升和强烈的构造变形（Molnar and Tapponnier, 1975），使青藏高原东缘成为研究活跃造山带河流演化的关键区域。多条亚洲大河从青藏高原东缘排走，包括黄河、长江、红河、澜沧江和怒江（图1A）。这些河流跨越不同的构造单元和地形阶梯。它们的改道、抢夺和整合历史记录了高原抬升和区域变形的地貌响应。它们也保存了东亚地形新生代重组的证据。自早新生代以来，青藏高原东缘的抬升和陆缘海的扩张促进了东亚整体上向东倾斜的地形（图1B）。这种格局逆转了与白垩纪中国东部造山作用相关的早期向西倾斜（Wang, 2004; Zhang et al., 2022）。因此，阐明这些河流的演化对于理解东亚新生代地形逆转、高原扩张和构造-地貌反馈至关重要（Cao et al., 2025）。

在过去二十年中，青藏高原东缘主要大河的形成年龄、流向改变和水系重组已被深入研究。但迄今尚无共识（Zhang et al., 2022，及其引用文献）。长江是连接青藏高原东缘、扬子地块和东海陆架的主要沉积物输送系统。它因此为高原抬升、地表过程与气候变化之间的相互作用提供了关键记录。自Willis等（1907）首次提出三峡的构造成因以来，上游长江水系重组的时序和动力学一直是东亚地貌演化的核心问题。

以往研究表明，现代长江可能经历了多次由构造控制的向西河流抢夺事件（图1C）。关键事件包括三峡的形成（Lee and Chao, 1924; Li et al., 2001; Xiang et al., 2005; Zhang et al., 2021a; Yang et al., 2023），以及长江第一湾的形成（图1C；Clark et al., 2004; Kong et al., 2012; Wei et al., 2016; Zhang et al., 2023; Zhao et al., 2026）。然而，长江水系整合的时序仍存在争议，提出的年龄从渐新世到更新世不等（Clark et al., 2004; Fan et al., 2005; Clift et al., 2006; Xiang et al., 2007; Kong et al., 2009; Wang et al., 2010; Wang et al., 2011; Zheng et al., 2013, Zheng et al., 2021; Zheng, 2015; Su et al., 2019; Zhao et al., 2026）。近期的同位素定年和物源分析表明，石鼓附近的长江第一湾形成于第四纪之前（Clark et al., 2004; Yang et al., 2020b）。相比之下，经三峡的整合可能发生在更新世，约1.2–0.7 Ma（Xiang et al., 2007; Lin et al., 2023）。因此，上游长江的整合可能涉及不同的河段、不同的河流抢夺和多个河段逐步连通的连续河流抢夺事件。

金沙江构成上长江干流的重要组成部分，是青藏高原东南缘水系与川江河段之间的关键联系。金沙江下游位于受鲜水河-小江断裂系统影响的区域。它占据了一个与青藏高原物质向东和东南方向挤出相关的关键构造-地貌过渡带（Shan et al., 2013）。该地区还记录了云贵高原对青藏高原抬升的响应（Wu et al., 2019）。因此，金沙江的演化不仅可约束其从早期古水系向现代东流系统的过渡时序和机制，而且直接关系到我们对上游长江S2S系统建立的理解。

以往研究已对金沙江石鼓-虎跳峡河段的演化、宜宾附近阶地的年龄以及它们与金沙江同古川江河整合的关系进行了广泛考察（例如Kong et al., 2009; Guo et al., 2022）。关于金沙江上游整合的时序，研究分歧明显。例如，Kong等（2012）认为金沙江上游在1.7 Ma之前持续向南流动，而McPhillips等（2016）基于石鼓地区宇宙成因核素测年结果，提出金沙江在中新世已经形成。尽管对宜宾地区阶地进行了大量年代学研究，但由于研究点和测年方法不同，所得到的年龄约束差异较大。例如，长江T5阶地的报道年龄从0.77到1.68 Ma不等（Liu et al., 2025）。这些研究大大推进了我们对上游长江水系演化的理解。然而，现有研究主要集中于石鼓和宜宾等地区，而金沙江下游攀枝花-宜宾河段连续沉积记录的关注不足。

物源分析已被证明能有效约束大陆尺度河流的演化。在S2S系统中，河流连接山区源区和盆地汇区，其沉积物不仅记录了源区的岩性和构造属性，也记录了水系演化、河流抢夺、沉积通量和物质再分配等信息（Clark et al., 2004; Leeder, 2011; Leithold et al., 2016; Li et al., 2016c; Clift and Jonell, 2021）。因此，识别河流沉积物的来源及其时间变化是重建古水系格局和地貌演化、理解构造-气候-沉积耦合的重要手段（Gao et al., 2019; Xu et al., 2025）。

乔家盆地处于川滇高原峡谷区与扬子地块盆地区之间的地貌过渡带。它是连接高原河流与上长江水系的重要节点，并保存了相对完整的第四纪沉积序列（图1D）。其沉积物物源的变化有助于阐明金沙江下游沉积物输送路径的变化和现代金沙江-上游长江水系的建立。然而，以往研究主要集中于盆地特征和构造活动（Li et al., 2016b; Hu et al., 2021; Duan et al., 2023），而沉积物物源变化及其如何记录水系重组尚未被系统研究。本文系统分析了乔家盆地及其邻近水系沉积物的重矿物组合、碎屑锆石UPb年代学和微量元素地球化学，以识别金沙江中下游第四纪物源演化的关键阶段。在此基础上，我们整合区域断裂活动和断陷盆地沉积体系演化的数据，重建水系重组的过程和机制。本研究不仅为约束金沙江中下游水系重组的过程和时序提供了新的沉积学证据，还有助于阐明青藏高原东南缘的构造抬升和断裂活动如何共同驱动活跃造山带中大型河流在10?–10?年时间尺度上的复杂重组。

文段片段

上长江及其邻近区域的构造-岩性背景

金沙江是上游长江的干流，穿越青藏高原东部的多个构造单元。这些单元包括羌塘地块、卡莫地块、松潘-甘孜地块和扬子地块（图2A, B）。这些单元具有不同的岩性组合和岩浆-变质演化历史，以及明显不同的锆石UPb年龄特征。

羌塘地块位于青藏高原中部至北部，由前寒武纪变质基底组成，

野外采样

共采集了13个样品，包括金沙江两岸的6个露头样品和乔家盆地的7个岩心样品。岩心样品用于约束盆地的第四纪沉积记录（图3A）。

重矿物组合特征及样品间的关系

单个矿物相对于总重矿物分数的质量分数列于补充表S3，重矿物特征指标列于补充表S8。所有样品均含有锆石和金红石，大多数还含有电气石。锆石含量从0.23%到23.62%不等，其中T1-1（23.62%）和D007（13.00%）的值较高。金红石含量从0.06%到6.11%不等，在D007和T1-1中相对较高。电气石含量从0.15%到

1.59–0.76 Ma：以扬子西缘至西北缘和再循环沉积物源区为主导的早期古水系阶段

该阶段样品的ZTR指数从27.69到54.02不等，表明总体处于中等重矿物成熟度水平，样品间存在一定变化（图6；补充表S8）。在透明重矿物组合重新归一化至100%后，稳定矿物占62.23%–78.50%，不稳定矿物占21.49%–37.77%。QK9-66中的角闪石含量最高，为16.52%。绿帘石在早期样品中较常见，平均占14.97%

结论

(1) 乔家盆地的第四纪沉积记录揭示了金沙江下游S2S系统的渐进演化。在1.59–0.76 Ma期间，沉积物主要来自扬子西缘至西北缘及邻近的再循环沉积物源区。没有明显证据表明金沙江中上游存在持续的远端沉积物输入。在约0.4 Ma，物源组合和重矿物组合发生了显著变化，表明该地区

CRediT作者贡献声明

Gang Zhou（周刚）：写作——审阅与编辑、写作——原稿撰写、可视化、验证、软件、方法学、调查研究、形式化分析、数据管理、概念构思。
Fang Xiang（向方）：写作——审阅与编辑、写作——原稿撰写、监督指导、项目管理、方法学、基金获取、概念构思。
Qian Xiao（肖倩）：调查研究。
Hengxu Huang（黄恒旭）：形式化分析。
Hua Du（杜华）：调查研究。
Quanping Zhou（周全平）：调查研究、形式化分析。
Qian Wu（吴倩）：调查研究。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究由中国国家自然科学基金资助（42272123）。

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